一种简易的LED指示灯故障在线监测方法

邬芝权,靳 桅

（1．西南交通大学峨眉校区计算机与通信工程系，四川峨眉山，614202; 2.西南交通大学峨眉校区计算机与通信工程系，四川峨眉山，614202）

一种简易的LED指示灯故障在线监测方法

邬芝权1,靳 桅2

（1．西南交通大学峨眉校区计算机与通信工程系，四川峨眉山，614202; 2.西南交通大学峨眉校区计算机与通信工程系，四川峨眉山，614202）

本文对LED指示灯正常工作和故障状态进行了分析，探索了一种简易的LED指示灯在线监测方法，可广泛用于大规模在线检测LED指示灯的产品。在LED指示灯控制电路中设置的检测点，LED指示灯在不同故障状态下，检测点呈现不同电压。将这个特点和数字电路芯片相关特性，作者从理论分析并多次实验，设计了一套多LED指示灯在线监测的实用电路。最后编程并进行多次测试，测试结果表明，该方法实时性高、无误差、电路简单，达到了控制和在线检测多个LED指示灯的目的。

LED指示灯; 故障在线监测； 简易方法

0 引言

LED指示灯体积小、使用寿命长、色彩鲜艳、响应速度快，广泛的用于仪器仪表的状态显示。在某些应用场合，LED指示灯可以安装在远离主机一段距离的地方，典型的例子就是安装在汽车仪表板上的指示器或工业控制面板上的各类指示器。在要求严格的应用场合，除了控制LED指示灯的开关状态，还可能需要监测其故障状态，以便于能及时的维护。本设计的理念来源于西南交通大学峨眉校区铁路沙盘信号灯控制系统设计，沙盘上有860个信号灯，采用人工方法对信号灯的故障诊断是一个繁杂的工作,所以迫切需要一种手段来快速的诊断沙盘上信号灯的故障状态。本设计方案仅针对工作在5V电压的直插LED指示灯作了测试,没有对贴片LED和其它工作电压的情况作测试，不具备普遍性。根据LED指示灯的故障监测方法，要对其它情况的LED指示灯进行监测，只需调整元器件参数即可，对于电路设计者来说是一个很好的参考。

1 LED指示灯故障状态分析

不同颜色的LED指示灯在额定的正向电流下,有不同的压降值。红、黄色在1.8V~2.5V之间，绿色在2.7~3.3V之间。根据这个特点，我们可以通过检测LED指示灯在导通情况下是否存在规定范围的压降来判断LED指示灯是否出现故障。如图1所示，LED指示灯的简易控制电路，指示灯的阳极（A端）接5V电源，阴极（K端）串接一个510欧姆的电阻连接至控制端Q0。LED指示灯可能会出现的故障状态有三种，一是A，K两端短路，二是A，K两端断路，三是K端接地。通过对图1中检测点Vk的电压测量，可以清楚的判断LED指示灯是正常工作，还是处于故障状态。

2 LED指示灯故障监测修正电路设计

通过万用表检测LED指示灯的压降值可以判断指示灯的工作状态，当系统运行时，我们也可以采用A/D方法来采样LED指示灯的压降，但是这种方法需要占用MCU过多IO口和的采样转换时间，不利于在LED指示灯在数量比较多的情况下使用。

从表1结果可以看出，当LED指示灯正常工作时，检测点Vk的电压值在既不在VCC附近，也不在0V附近，而在1/2VCC附近。如果将检测点Vk的电压作为TTL电路的输入端，它将被识别为那种逻辑值呢？在分析CMOS电路门电路时我们知道，CMOS门电路翻转的输入电平阀值总是为电源的1/2，是随电源波动的。利用CMOS门电路的输入电压阀值的特点，检测点Vk有可能被识别为逻辑值“1”，也可能被识别为逻辑值“0”，如果我们在检测点附近构建辅助电路，就可以判别监测点Vk的电压在1/2VCC附近。

在图1中，在LED指示灯控制电路检测点Vk外接一个检测辅助电路，如虚线框所示。

设LED指示灯的电压降为Vak，则监测点Vd的电压为：

由于Vk=5-Vak，带入公式得

从公式3得出，当Vak小于3.75时，Vd的电压大于2.5V。从公式4得出，当Vak大于1.25V时，Vd的电压小于2.5V。

由次可以看出，当1.25V

反之得出一个结论，如果输入Q1为高电平，检测点Vd识别为逻辑值“1”；输入Q1为地，检测点Vd识别为逻辑值“0”，则表示检测点Vd在1/2VCC附近，从而推断出LED指示灯是正常工作的。

图1 LED指示灯控制及检测辅助电路Fig.1 LED Indicator Light control and monitor auxiliary circuit

图2 LED指示灯检测表与灯位的关系Fig. 2 The relationship of the detect table and lamp bit for LED Indicator Light

3 程序设计

当检测LED指示灯时，每个LED指示灯占用掉74HC595和74HC165的两位端口，如图2。输入状态值有四种，每种状态输出后，从74HC165返回数据构成一个检测表，分别记为检测状态表0，检测状态表1，检测状态表2,和检测状态表3。

检测表中的数据位和LED指示灯对应，在图3反映驱动数据和对应的检测状态表，当74HC595的奇数位和偶数位送数据00B时，返回检测状态表0，送数据01B时，返回检测状态表1，送数据10B时，返回检测状态表2，送数据11B时，返回检测状态表3。每个状态表中的两位与LED指示灯对应，将四个表中相应的两位组成一个字节就是设备故障表，检测状态表3对应到故障表的最高2位，检测状态表1对应到故障表的最低2位。构成的设备故障表如图3所示。

设备故障表里的每个字节对应一个LED指示灯的状态值。编程时就可以通过选择语句来判断LED指示灯所处的状态, LED_ Fault_State[i]保存的是序号为i的LED指示灯的故障状态。程序主干如下。

switch (LED_Fault_State[i])

{

case 0xf8:

...//设备状态“正常”处理程序

break;

case 0xf5:

...// 设备状态“短路”处理程序

break;

case 0xf0:

...// 设备状态“断路”处理程序

break;

case 0x50:

...// 设备状态“接地”处理程序

break; }

4 结论

利用这种方法设计的西南交通大学峨眉校区城市轨道交通实验室沙盘的信号灯，即能控制信号灯的亮和灭，又能快速的读回信号灯的状态，使信号灯的仿真效果更为明显。由于信号灯时刻处于在线监测状态下，沙盘控制系统每次启动都会巡检一下信号灯的故障状态，经过几个月的使用情况来看，控制系统工作稳定，可靠，完全达到了系统对沙盘信号灯设备的技术要求。同时，这种方法简单、占用MCU资源少、检测速度快，可以推广到其它多LED指示灯在线监测的情况。

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A simple method for on-line monitoring of LED indicator

Wu Zhiquan1,Jin Wei2
(1.Southwest Jiao Tong University Emei campus Department of computer and communication engineering, Sichuan Mount Emei，614202)
(2.Southwest Jiao Tong University Emei campus Department of computer and communication engineering, Sichuan Mount Emei，614202)

In this paper,the normal operation and fault condition of LED indicator lamp are analyzed, and a simple LED indicator is explored,which can be widely used in large-scale on-line detection of LED indicator.The detection point is set in the LED indicator control circuit,and the LED indicator is different in different fault conditions. With the characteristics of this feature and digital circuit chip, the author designs a series of practical circuit for the on-line monitoring of multi LED indicator light. The test results show that the method has high real-time performance, no error, simple circuit, and can achieve the purpose of controlling and on-line detection of multiple LED lights.

LED indicator;fault on-line monitoring;simple method

TP368.1

A

图3 设备故障表组成
Fig. 3 Equipment fault Table

教育部春晖计划科研合作项目（2013CH012EM）

邬芝权（1976年），男，工学硕士，实验师，研究方向：嵌入式控制